原创 创芯Xilinx Microblaze 学习系列第二集

基于TMAC和lwip的三态以太网设计

一、 系统架构

1.      总线决定硬件架构

AXI4和PLB总线用于MicroBlaze访问外设和非高速缓存。AXI4是ARM公司推出的第4代AMBA接口，Virtex-6中的MicroBlaze v8.20全面采用AXI4标准，Xilinx 7系列FPGA采用ARM核代替MicroBlaze，因此AXI总线是趋势；而之前版本的MicroBlaze主要采用PLBv46总线；

AXI总线需使用AXI_Ethernet、AXI_DMA、AXI_V6_DDRX三个关键IP核实现以太网；PLB总线需使用XPS_LL_TEMAC、MMPC（带DMA）两个关键IP核。此外，XPS_INTC、XPS_TIMER等IP核都是必须的。

两种方案的架构详见UG650 July 6, 2011的Figure 0和Figure 4，以及各个IP核的user guide。

2.      TCP/IP协议库的选择

lwip（low weight IP，轻量级IP）是开源的TCP/IP协议栈，适用于嵌入式系统。Lwip130_v3_01_a库适用于Xilinx的TEMAC IP核，运行在MicroBlaze处理器。

lwip为用户提供两种API：RAW API和Socket API。RAW API不带操作系统，可以提供更高的数据吞吐率，因为没有操作系统，所以软件实现相对复杂；Socket API用于Xilkernel操作系统上，因为运行了操作系统，所以数据吞吐率降低，但软件实现相对简单。两种AIP性能如下：

一、  功能描述

硬件IP核功能大致相同，都是实现MAC层协议，所以系统的功能主要取决于MicroBlaze上运行的软件。目前，软件可以实现以下功能：echo sever、web sever、TFTP sever、TCP RX吞吐率测试、TCP TX吞吐率测试。每个功能都有RAW API和Socket API两种API函数（C程序），这5种功能都在ML605上验证通过，各种功能简单介绍如下：

1.      echo sever

echo sever将PC键盘上的输入通过网络返回给PC的程序。该功能使用telnet协议，主要用于远程登录服务。 

2.      web sever

本文web sever只执行HTTP 1.1协议的子集，通过浏览器控制和监视嵌入式平台。该功能可以传输命令，用于平台参数的配置。

本文web sever通过HTTP GET命令访问内存文件系统MFS，MFS需事先下载到内存中，网页浏览器通过IP地址访问该文件；

通过HTTP POST明天控制LED灯的亮灭；

通过HTTP POST获取ML605板上DIP拨动开关的状态。

3.      TFTP sever

TFTP（普通文件传输协议）是基于UDP的用于收发文件的协议，UDP不能保证数据包传递的可靠性，但TFPT可以确保数据包不会丢失。（估计该项目中不会使用）

4.      TCP TX和RX测试

TX和RX吞吐率测试是一个简单的应用，它可以测试TCP收发的最大吞吐率。PC上需运行iperf开源软件，iperf与lwip之间传输数据。 

TX和RX吞吐率测试，各模块的关系如下图所示： 

一、     PC和FPGA配置

硬件上，PC和FPGA通过JTAG、UART、网线连接。

1.        PC主机设置

a.      主机网络设置

PC和ML605的IP地址要在同一个子网中，FPGA上的C程序设置ML605的IP地址为192.168.1.10（main.c函数中，可更改），PC的IP地址可设置为192.168.1.100。 

b.      主机网络协议安装

echo sever和TFTP要在CMD中运行相应命令，必须先打开telnet和TFTP协议和命令，否则运行时CMD提示找不到该命令

方法：Control Panel -> Programs -> Turn Windows features on or off->选中TFT Client、telnet client、telnet sever –> OK

c.      PC端iperf软件安装

网上下载的iperf-2.0.5是在linux或unix等OS上运行的，要装在windows需安装Linux模拟器Cygwin Terminal，网上有教程，该方法复杂，不推荐使用。

Jperf用JAVA编写了图像界面，其本质和iperf一致。

Windows下推荐使用iperf.exe，在CMD中运行iperf命令，需cd进入iperf.exe程序所在文件夹或者修改环境变量，否则会提示找不到该命令。

d.      PC端Tera Term软件安装

Tera Term是UART串口调试中断，本文波特率为9600，其他选项默认。

2.        FPGA配置

SDK中，需要导入AXIDMA和lwip库，导入成功后bsp的MicroBlaze的libsrc文件夹下会包含这两个库，clean project后也不会消失。然后，导入RAW API和Socket API两个工程，再build project生成elf文件。详细步骤见xapp1026的9-11页。之后，依次下载bit文件、下载mfs文件、下载elf文件：

a.       下载bit文件：Tools  ->  Program FPGA

b.      下载MFS文件：在XMD Console中依次运行

cd E:/Tri_Mode_Ethernet/MicroBlaze/ml605_lwip_axi_13.2/ready_for_download

connectmbmdm

dow -data uestc.mfs 0xCF000000

c.       下载elf文件：点中raw app或者socket app工程下的binary下的elf，右键run as -> launch on hardware

ü  此时，Tera Term应出现以下界面：

 各功能演示

5个功能演示如下：（Win7系统要用管理员身份登录）01234567890abcd

以上内容摘自《基于XILINX FPGA 嵌入式系统设计与开发》